WO2018114110A1 - Fuel injector and method for operating a fuel injector - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a fuel injector according to the preamble of
- Claim 1 Furthermore, the invention relates to a method for operating a fuel according to the invention! njektors.
- a fuel injector according to the preamble of claim 1 is known from DE 2013 212 238 A1 of the applicant.
- the known fuel injector comprises a magnet armature, which is movable in the direction of the magnetic coil during the energization of a magnetic coil until the magnet armature bears axially against a stroke stop formed in the form of a residual air gap disk.
- the movement of the magnet armature serves to control the outflow of pressure medium (fuel) from a control chamber of the fuel injector in order thereby to control an opening or closing movement of a nozzle needle which releases or closes at least one injection opening formed in the injector housing.
- the opening or closing characteristic of the magnet armature or the volume exiting from the control chamber during the lifting movement of the magnet armature per unit of time depends i.a. from the maximum armature stroke of the armature.
- This armature stroke is dependent on a large number of components or their geometric dimensions and tolerances. It is essential that in still cold pressure medium or fuel, especially at relatively high
- the fuel injector having the features of claim 1 has the advantage that during the entire operating period of the fuel injector, i. Especially during commissioning after starting an internal combustion engine, in which the maximum armature stroke influencing components of the
- the invention is based on the idea of making it possible, by means of a magnet armature designed or deformed elastically in the direction of movement of the magnet armature, for the magnet armature to achieve different (maximum) armature strokes due to different deformations as a function of the energization of a magnet coil. Due to the different armature strokes can thus compensate for the different temperatures of the armature stroke determining components of the fuel injector insofar as that in an otherwise occurring reduction of the (maximum) Ankerhubs a higher energization of the solenoid is selected, so that the armature to an additional armature stroke in the direction the stroke stop is deflected or moved.
- the armature at least on the magnetic core facing side is disc-shaped and has at least one weakening area. This weakening area causes the interaction with the stroke stop and
- this is formed by a slot arranged radially with respect to the longitudinal axis of the magnet armature.
- at least two, preferably three, slots arranged in mutually equal angular intervals relative to one another are provided as weakened areas.
- the weakened region is formed by a reduced in height or thickness portion of the magnet armature. Such a reduced section of the magnet armature
- Magnetic armature may be formed, for example, in the form of a groove or recess radially encircling the longitudinal axis in the magnet armature, so that the for the rigidity of the magnet armature in the disk-shaped area
- the region of the groove forms a kind of joint, which separates a radially inner region of the magnet armature from a radially outer region, wherein the radially outer region abuts the stroke stop, and the radially inner region is moved further in the direction of the magnetic core.
- variation of the maximum stroke of the magnet armature can additionally be influenced by the fact that the magnetic core facing the front side of the armature in a radially outer region and in register with the
- Stroke stop (residual air gap disc) has a raised portion. This raised portion causes an increased distance to the magnetic core is formed in the radially inner region of the magnet armature, which is at least partially reduced at a stronger energization of the magnetic coil, thereby allowing an increased or increased armature stroke.
- the magnet armature at its
- Outer circumference viewed in the circumferential direction has at least two sections with different sized diameters, wherein the portion with the larger diameter in coincidence with the stroke stop
- the stroke stop is designed in particular in the form of a residual air gap disk.
- a residual air gap disc has the additional advantage that over the thickness of component tolerances of the rest, the armature stroke
- the invention also includes a method for operating a fuel injector according to the invention so far described, wherein the magnet armature is pressed against a stroke stop during energization by a magnetic coil under elastic deformation.
- the inventive method is characterized in that the amount of current to the solenoid to
- Influencing the elastic deformation of the armature and thus its armature stroke is selected time- or temperature-dependent. While a time-dependent energization of the magnet armature can be realized particularly easily and no means for determining the temperature of the pressure medium
- Energizing the armature has the advantage that the armature stroke can be set very precisely.
- the amount of current flow starting from a starting value, with increasing operating time of the
- Fuel injector is reduced to a final value. It is provided that the starting value of the energization depending on the desired
- (maximum) armature stroke is selected while the final value relates to the condition, in which the components of the fuel injector have assumed the same temperature.
- Magnetic anchor for the realization of different sized anchor strokes.
- a fuel injector 100 is shown in fragmentary form, as it serves as a component for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine.
- the internal combustion engine is in particular a self-igniting internal combustion engine, wherein the
- the fuel injector 100 has a switching valve 10 which is arranged in the region of a recess 12 of the injector housing 11 in the region of a multipart injector housing 11. Within the recess 12, a valve member 15 is also arranged, which with an enlarged diameter, flange-like edge 16 axially on a shoulder 17 of the recess
- the valve piece 15 has a blind hole-shaped recess 19 in which a nozzle needle 20 serving as an injection member is guided in a lift-movable manner along a longitudinal axis 21.
- the injection needle 20 or the injection member is used in a conventional manner, the release or closing at least one, formed in the injector 1 1 injection port (not shown) for
- Control chamber 25 which can be filled via an inlet bore 26 from a high-pressure chamber 27 and pressure relief via a Abiaufbohrung 28 in a low-pressure region of the injector 1 1 and the fuel injector 100.
- the opening or closing movement of the nozzle needle 20 is controlled in a conventional manner.
- the drainage bore 28 can be closed or released via a sealing seat 31 formed on an outer surface of the valve piece 15 by means of a magnet armature 35 serving as a valve member 32.
- magnet armature 35 Serving as part of the switching valve 10 magnet armature 35 has in a sleeve-shaped portion 36 on the sealing seat 31 side facing a conical seat surface 37 which cooperates with lowered magnetic armature 35 with the sealing seat 31.
- the cross-section substantially hat-shaped armature 35 has a through hole 38, which serves for the radial mounting of the magnet armature 35 by means of an anchor bolt 39 to move the armature 35 in the direction of the longitudinal axis 21.
- the anchor bolt 39 is radially surrounded by a compression spring 41, which acts with its one end on the top of the armature 35 and axially supported with its other end face on a collar 42 of the anchor bolt 39, so that the armature 35 by means of the compression spring 41 in the direction of
- Sealing seat 31 of the valve member 15 is subjected to force.
- this acts together with a likewise serving as part of the switching valve 10 magnetic coil 45, whose energization of a
- Control device 50 can be influenced.
- the magnetic coil 45 is received in a radially around the longitudinal axis 21 circumferential recess 51 in a magnetic core 52.
- the magnetic core 52 is arranged on the side facing away from the valve piece 15 in operative connection with a closure lid 53, wherein further between the magnetic core 52 and the valve piece 15 a
- Valve member 15 via the magnetic core 52 and the spacer sleeve 54 axially clamped against the shoulder 17 in the recess 12.
- Magnet armature 35 facing side of the magnetic core 52 a preferably made of non-magnetic material residual air disc 55 arranged as a stationary stroke stop.
- residual air gap disc 55 is used together with the spacer sleeve 54 for setting the maximum armature stroke of the magnet armature 35 during energization of the magnetic coil 45 and / or the
- the magnet armature 35 is particularly formed in its magnetic core 52 and the magnetic coil 45 facing disc-shaped region 56, such that the region 56 has an increased deformability or elasticity in the direction of the longitudinal axis 21 to, as explained in more detail below, the maximum Armature stroke of the armature 35 to adjust or influence.
- FIG. 1 The one shown there
- Magnetic armature 35 has, in a section of the region 56 lying radially inside the residual air gap disk 55, a groove 60 which extends radially around the longitudinal axis 21 on the side facing the magnetic core 52
- the magnet armature 35a shown in FIG. 4 has by way of example, and not limitation, in its disk-shaped region 56 three first radial slots 58 arranged at equal angular intervals relative to each other, extending from the outer circumference of the region 56 and close to the through-hole 38 come up.
- the magnet armature 35a On the outer circumference of the region 56, the magnet armature 35a moreover has three abutment portions 61 arranged at equal angular intervals around the throughbore 38 and projecting radially outwards, each having a relatively small extent in the circumferential direction, which interact with the residual air gap disk 55, so that the Diameter D of the magnet armature 35a is formed larger in the region of the abutment portions 61 than the diameter d in the areas in which no abutment portions 61 are provided.
- the diameters D, D are exemplified on the
- Fig. 5 shows an alternative in the perspective longitudinal section
- the armature 35b in which the abutment portions 62 viewed in the circumferential direction of the region 56 each extend to the respective radial slots 58, 59 extend.
- the region 56 has a reduced thickness s in the region of the abutment sections 62.
- the abutment portions 62 extend radially outward further than the wing-like portions (i.e., the portions without abutment portions 62) of the armature 35b in which the thickness s is not reduced. According to FIG. 6, it may optionally be provided to use the armature 35,
- the step 65 has a wedge-shaped shape in cross section, such that its height is in the radial direction
- a first operating state in which the magnetic coil 45 is energized by means of the control device 50 with a first current h.
- This current h causes the magnet armature 35 to move in the direction of
- Amperage h is selected such that, for example, no (elastic) deformation of the region 56 of the magnet armature 35 takes place.
- Magnet coil 45 is energized by the controller 50 with a second current, the current b is greater than the current h.
- the increased current value b causes the portion 56 to be elastically deformed, so that the sleeve-shaped portion 36 whose seating surface 37 facing the seal seat 31 is substantially larger than the armature stroke magnitude i2 is pulled more toward the magnetic core 52 and the solenoid coil 45, respectively , This results a maximum armature stroke i2, which is greater than the armature stroke hi at a reduced energization of the magnetic coil 45th
- Njektor 100 and the switching valve 10 with the armature 35, 35a, 35b can be modified or modified in many ways, without departing from the spirit. This consists in being able to set different armature strokes hi, i2 by a different high current supply to the magnet coil 45 in conjunction with a partially elastically deformable armature 35, 35a, 35b, in order to adjust the outflow of pressure medium from the control chamber 25 in an operationally dependent manner.
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Abstract
Description
Beschreibung description
Kraftstoffinjektor und Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoff! njektors Stand der Technik Fuel injector and method of operating a fuel! Njektors prior art
Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des The invention relates to a fuel injector according to the preamble of
Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines erfindungsgemäßen Kraftstoff! njektors. Claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for operating a fuel according to the invention! njektors.
Ein Kraftstoffinjektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der DE 2013 212 238 A1 der Anmelderin bekannt. Der bekannte Kraftstoffinjektor umfasst einen Magnetanker, der bei der Bestromung einer Magnetspule in Richtung der Magnetspule bewegbar ist, bis der Magnetanker gegen einen in Form einer Restluftspaltscheibe ausgebildeten Hubanschlag axial anliegt. Die Bewegung des Magnetankers dient der Steuerung des Abflusses von Druckmittel (Kraftstoff) aus einem Steuerraum des Kraftstoffinjektors, um damit eine Öffnungs- bzw. Schließbewegung einer Düsennadel zu steuern, welche wenigstens eine im Injektorgehäuse ausgebildete Einspritzöffnung freigibt bzw. verschließt. A fuel injector according to the preamble of claim 1 is known from DE 2013 212 238 A1 of the applicant. The known fuel injector comprises a magnet armature, which is movable in the direction of the magnetic coil during the energization of a magnetic coil until the magnet armature bears axially against a stroke stop formed in the form of a residual air gap disk. The movement of the magnet armature serves to control the outflow of pressure medium (fuel) from a control chamber of the fuel injector in order thereby to control an opening or closing movement of a nozzle needle which releases or closes at least one injection opening formed in the injector housing.
Die Öffnungs- bzw. Schließcharakteristik des Magnetankers bzw. das aus dem Steuerraum bei der Hubbewegung des Magnetankers austretende Volumen pro Zeiteinheit hängt u.a. von dem maximalen Ankerhub des Magnetankers ab. The opening or closing characteristic of the magnet armature or the volume exiting from the control chamber during the lifting movement of the magnet armature per unit of time depends i.a. from the maximum armature stroke of the armature.
Dieser Ankerhub ist von einer Vielzahl von Bauteilen bzw. deren geometrischen Dimensionierungen und Toleranzen abhängig. Wesentlich dabei ist, dass sich bei noch kaltem Druckmittel bzw. Kraftstoff, insbesondere bei relativ hohen This armature stroke is dependent on a large number of components or their geometric dimensions and tolerances. It is essential that in still cold pressure medium or fuel, especially at relatively high
Systemdrücken, nach der Inbetriebnahme des Kraftstoffinjektors die Bauteile des Kraftstoff! njektors, die den Ankerhub beeinflussen, unterschiedlich schnell erwärmen. Insbesondere wird dabei der unmittelbar von dem Kraftstoff umgebene Magnetanker schneller erwärmt als der Bereich des Injektorgehäuses, der in Wirkverbindung mit dem ersten Hubanschlag angeordnet ist und dadurch den maximalen Ankerhub beeinflusst. Dadurch ergibt sich bei Inbetriebnahme des Kraftstoff! njektors ein verringerter (maximaler) Ankerhub, der bis zu δμηη betragen kann. Aus der DE 10 2012 217 322 A1 der Anmelderin ist es darüber hinaus bekannt, bei einem Kraftstoffinjektor einen Magnetanker derart elastisch auszubilden, dass beim Zusammenwirken des Magnetankers mit einem Hubanschlag eine Press the system, after commissioning the fuel injector, the components of the fuel! heaters that affect the armature stroke, heat at different speeds. In particular, the magnet armature directly surrounded by the fuel is heated faster than the region of the injector housing, which is arranged in operative connection with the first stroke stop and thereby influences the maximum armature stroke. This results in commissioning of the fuel! njektors a reduced (maximum) armature stroke, which can be up to δμηη. From DE 10 2012 217 322 A1 of the Applicant, it is also known to form a magnet armature so elastic in a fuel injector, that during the interaction of the magnet armature with a stroke stop a
Optimierung des Dämpfungsverhaltens durch eine Beeinflussung des Optimization of the damping behavior by influencing the
Quetschspaltes zwischen dem Magnetanker und dem Hubanschlag erzielbar ist. Die oben angesprochene temperaturabhängige Problematik des Ankerhubs ist in dieser Schrift jedoch nicht angesprochen. Quetschspaltes between the armature and the stroke stop can be achieved. The above-mentioned temperature-dependent problem of the armature stroke is not addressed in this document.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Der Kraftstoffinjektor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass während der gesamten Betriebsdauer des Kraftstoffinjektors, d.h. insbesondere auch während der Inbetriebnahme nach dem Starten einer Brennkraftmaschine, bei der die den maximalen Ankerhub beeinflussenden Bauteile des The fuel injector having the features of claim 1 has the advantage that during the entire operating period of the fuel injector, i. Especially during commissioning after starting an internal combustion engine, in which the maximum armature stroke influencing components of the
Kraftstoff! njektors unterschiedliche Temperaturen und somit unterschiedliche Dimensionen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungen aufweisen, ein konstanter Ankerhub erzielbar ist. Fuel! Njektors different temperatures and thus have different dimensions due to different thermal expansions, a constant armature stroke is achieved.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, es durch einen in Richtung der Bewegung des Magnetankers elastisch ausgebildeten bzw. deformierbaren Magnetanker zu ermöglichen, dass der Magnetanker in Abhängigkeit der Bestromung einer Magnetspule unterschiedliche (maximale) Ankerhübe durch unterschiedliche Deformationen erzielt. Durch die unterschiedlichen Ankerhübe lassen sich somit die unterschiedlichen Temperaturen der den Ankerhub bestimmenden Bauteile des Kraftstoffinjektors insofern ausgleichen, als dass bei einer ansonsten auftretenden Verringerung des (maximalen) Ankerhubs eine höhere Bestromung der Magnetspule gewählt wird, so dass der Magnetanker um einen zusätzlichen Ankerhub in Richtung des Hubanschlag ausgelenkt bzw. bewegt wird. The invention is based on the idea of making it possible, by means of a magnet armature designed or deformed elastically in the direction of movement of the magnet armature, for the magnet armature to achieve different (maximum) armature strokes due to different deformations as a function of the energization of a magnet coil. Due to the different armature strokes can thus compensate for the different temperatures of the armature stroke determining components of the fuel injector insofar as that in an otherwise occurring reduction of the (maximum) Ankerhubs a higher energization of the solenoid is selected, so that the armature to an additional armature stroke in the direction the stroke stop is deflected or moved.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Zur Ausbildung des elastisch deformierbaren Magnetankers ist es in konstruktiv bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass der Magnetanker zumindest auf der dem Magnetkern zugewandten Seite scheibenförmig ausgebildet ist und wenigstens einen Schwächungsbereich aufweist. Dieser Schwächungsbereich bewirkt, dass sich beim Zusammenwirken mit dem Hubanschlag und Advantageous developments of the fuel injector according to the invention are listed in the subclaims. To form the elastically deformable magnet armature, it is provided in a structurally preferred embodiment that the armature at least on the magnetic core facing side is disc-shaped and has at least one weakening area. This weakening area causes the interaction with the stroke stop and
unterschiedlich hohen Strömen durch die Magnetspule unterschiedliche Bereiche des Magnetankers unterschiedlich stark deformieren und sich somit insgesamt gesehen im Bereich des mit dem Magnetkern zusammenwirkenden different levels of currents through the magnetic coil different areas of the armature deform different degrees and thus seen in total in the region of cooperating with the magnetic core
scheibenförmigen Bereichs die unterschiedlichen Hübe realisieren lassen. disc-shaped area to realize the different strokes.
In bevorzugter Ausgestaltung des Schwächungsbereichs ist dieser durch einen in Bezug zur Längsachse des Magnetankers radial angeordneten Schlitz gebildet. Insbesondere sind wenigstens zwei, vorzugsweise drei, in jeweils gleich großen Winkelabständen zueinander angeordnete Schlitze als Schwächungsbereiche vorgesehen. Dadurch wird der Magnetanker im Bereich seines scheibenförmigen Bereichs in zwei bzw. drei Kreissegmente unterteilt. In a preferred embodiment of the weakening region, this is formed by a slot arranged radially with respect to the longitudinal axis of the magnet armature. In particular, at least two, preferably three, slots arranged in mutually equal angular intervals relative to one another are provided as weakened areas. As a result, the magnet armature is divided in the region of its disc-shaped region into two or three circular segments.
Alternativ oder zusätzlich kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der Schwächungsbereich durch einen in der Höhe bzw. Dicke reduzierten Abschnitt des Magnetankers gebildet ist. Ein derartig reduzierter Abschnitt des Alternatively or additionally, however, it can also be provided that the weakened region is formed by a reduced in height or thickness portion of the magnet armature. Such a reduced section of the
Magnetankers kann beispielsweise in Form einer um die Längsachse radial umlaufenden Nut oder Vertiefung in dem Magnetanker ausgebildet sein, so dass die für die Steifigkeit des Magnetankers im scheibenförmigen Bereich Magnetic armature may be formed, for example, in the form of a groove or recess radially encircling the longitudinal axis in the magnet armature, so that the for the rigidity of the magnet armature in the disk-shaped area
wesentliche Dicke durch die Nut oder Vertiefung strakt verringert ist. Dadurch bildet der Bereich der Nut eine Art Gelenk aus, das einen radial inneren Bereich des Magnetankers von einem radial äußeren Bereich trennt, wobei der radial äußere Bereich an dem Hubanschlag anliegt, und der radial innere Bereich weiter in Richtung des Magnetkerns bewegt wird. substantial thickness through the groove or recess is reduced. Thereby, the region of the groove forms a kind of joint, which separates a radially inner region of the magnet armature from a radially outer region, wherein the radially outer region abuts the stroke stop, and the radially inner region is moved further in the direction of the magnetic core.
Weiterhin kann die Variation des maximalen Hubs des Magnetankers zusätzlich dadurch beeinflusst werden, dass die dem Magnetkern zugewandte Stirnseite des Magnetankers in einem radial äußeren Bereich und in Überdeckung mit demFurthermore, the variation of the maximum stroke of the magnet armature can additionally be influenced by the fact that the magnetic core facing the front side of the armature in a radially outer region and in register with the
Hubanschlag (Restluftspaltscheibe) einen erhöhten Abschnitt aufweist. Dieser erhöhte Abschnitt bewirkt, dass in dem radial inneren Bereich des Magnetankers ein erhöhter Abstand zum Magnetkern ausgebildet wird, der sich bei einer stärkeren Bestromung der Magnetspule zumindest teilweise verringert und dadurch einen erhöhten bzw. vergrößerten Ankerhub ermöglicht. In einer wiederum alternativen Ausgestaltung des elastisch deformierbaren Magnetankers ist es vorgesehen, dass der Magnetanker an seinem Stroke stop (residual air gap disc) has a raised portion. This raised portion causes an increased distance to the magnetic core is formed in the radially inner region of the magnet armature, which is at least partially reduced at a stronger energization of the magnetic coil, thereby allowing an increased or increased armature stroke. In an alternative embodiment of the elastically deformable magnet armature, it is provided that the magnet armature at its
Außenumfang in Umfangsrichtung betrachtet wenigstens zwei Abschnitte mit unterschiedlich großen Durchmessern aufweist, wobei der Abschnitt mit dem größeren Durchmesser in Überdeckung mit dem Hubanschlag Outer circumference viewed in the circumferential direction has at least two sections with different sized diameters, wherein the portion with the larger diameter in coincidence with the stroke stop
(Restluftspaltscheibe) und der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser radial innerhalb des Hubanschlags angeordnet ist. Somit müssen bei einer Bestromung der Magnetspule lediglich die einen größeren Durchmesser aufweisenden Abschnitte des Magnetankers deformiert werden, was die zur Deformation erforderliche Kraft verringert bzw. die Elastizität des Magnetankers erhöht. (Residual air gap disc) and the small diameter portion is disposed radially inside the stroke stopper. Thus, when energizing the magnetic coil, only the larger diameter portions of the armature must be deformed, which reduces the force required for deformation or increases the elasticity of the magnet armature.
Um ein magnetisches Anhaften des Magnetankers an dem Magnetkern zu vermeiden ist der Hubanschlag insbesondere in Form einer Restluftspaltscheibe ausgebildet. Eine derartige Restluftspaltscheibe hat darüber hinaus den Vorteil, dass über deren Dicke Bauteiltoleranzen der übrigen, den Ankerhub In order to avoid magnetic adhesion of the magnet armature to the magnet core, the stroke stop is designed in particular in the form of a residual air gap disk. Such a residual air gap disc has the additional advantage that over the thickness of component tolerances of the rest, the armature stroke
bestimmenden Bauteile ausgeglichen werden können. determining components can be compensated.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Betreiben eines soweit beschriebenen erfindungsgemäßen Kraftstoffinjektors, wobei der Magnetanker bei der Bestromung durch eine Magnetspule unter elastischer Verformung gegen einen Hubanschlag gedrückt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Höhe der Bestromung der Magnetspule zur The invention also includes a method for operating a fuel injector according to the invention so far described, wherein the magnet armature is pressed against a stroke stop during energization by a magnetic coil under elastic deformation. The inventive method is characterized in that the amount of current to the solenoid to
Beeinflussung der elastischen Deformation des Magnetankers und damit seines Ankerhubs zeit- oder temperaturabhängig gewählt wird. Während sich eine zeitabhängige Bestromung des Magnetankers besonders einfach realisieren lässt und keine Mittel zur Bestimmung der Temperatur des Druckmittels Influencing the elastic deformation of the armature and thus its armature stroke is selected time- or temperature-dependent. While a time-dependent energization of the magnet armature can be realized particularly easily and no means for determining the temperature of the pressure medium
(Kraftstoff) im Kraftstoffinjektor benötigt, hat eine temperaturabhängige (Fuel) needed in the fuel injector has a temperature-dependent
Bestromung des Magnetankers den Vorteil, dass sich der Ankerhub besonders präzise einstellen lässt. Energizing the armature has the advantage that the armature stroke can be set very precisely.
Unabhängig von der Art der Beeinflussung der Bestromung der Magnetspule ist es darüber hinaus bevorzugt vorgesehen, dass die Höhe der Bestromung, ausgehend von einem Startwert, mit zunehmender Betriebsdauer des Regardless of the type of influencing the energization of the magnetic coil, it is also preferably provided that the amount of current flow, starting from a starting value, with increasing operating time of the
Kraftstoffinjektors bis zu einem Endwert reduziert wird. Dabei ist es vorgesehen, dass der Startwert der Bestromung in Abhängigkeit von dem gewünschtenFuel injector is reduced to a final value. It is provided that the starting value of the energization depending on the desired
(maximalen) Ankerhub gewählt wird, während der Endwert den Zustand betrifft, bei dem die Bauteile des Kraftstoffinjektors die gleiche Temperatur angenommen haben. (maximum) armature stroke is selected while the final value relates to the condition, in which the components of the fuel injector have assumed the same temperature.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing.
Diese zeigt in: This shows in:
Fig. 1 einen Kraftstoffinjektor im Bereich eines Schaltventils in einem 1 a fuel injector in the region of a switching valve in one
Längsschnitt, Longitudinal section
Fig. 2 Fig. 2
und and
Fig. 3 jeweils im Längsschnitt, den Bereich des Schaltventils bei Fig. 3 each in longitudinal section, the area of the switching valve at
unterschiedlich groß ausgebildetem Ankerhub, differently sized armature stroke,
Fig. 4 Fig. 4
und and
Fig. 5 jeweils in perspektivischer Ansicht, unterschiedlich ausgestaltete Fig. 5 respectively in perspective view, differently designed
Magnetanker und Magnetic anchor and
Fig. 6 Fig. 6
und and
Fig. 7 jeweils in einem Teillängsschnitt, weitere Ausgestaltungen des Fig. 7 each in a partial longitudinal section, further embodiments of
Magnetankers zur Realisierung unterschiedlich großer Ankerhübe. Magnetic anchor for the realization of different sized anchor strokes.
Gleiche Elemente bzw. Elemente mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen. The same elements or elements with the same function are provided in the figures with the same reference numerals.
In der Fig. 1 ist ausschnittsweise ein Kraftstoffinjektor 100 gezeigt, wie er als Bestandteil zum Einspritzen von Kraftstoff in einen nicht gezeigten Brennraum einer Brennkraftmaschine dient. Bei der Brennkraftmaschine handelt es sich insbesondere um eine selbstzündende Brennkraftmaschine, wobei der 1, a fuel injector 100 is shown in fragmentary form, as it serves as a component for injecting fuel into a combustion chamber, not shown, of an internal combustion engine. The internal combustion engine is in particular a self-igniting internal combustion engine, wherein the
Systemdruck vorzugsweise, und nicht einschränkend, mehr als 2000bar beträgt. Der Kraftstoffinjektor 100 weist ein Schaltventil 10 auf, das im Bereich eines mehrteilig ausgebildeten Injektorgehäuses 1 1 im Bereich einer Ausnehmung 12 des Injektorgehäuses 1 1 angeordnet ist. Innerhalb der Ausnehmung 12 ist darüber hinaus ein Ventilstück 15 angeordnet, das mit einem im Durchmesser vergrößerten, flanschartigen Rand 16 axial an einem Absatz 17 der AusnehmungSystem pressure preferably, and not limiting, is more than 2000bar. The fuel injector 100 has a switching valve 10 which is arranged in the region of a recess 12 of the injector housing 11 in the region of a multipart injector housing 11. Within the recess 12, a valve member 15 is also arranged, which with an enlarged diameter, flange-like edge 16 axially on a shoulder 17 of the recess
12 anliegt. Das Ventilstück 15 weist eine sacklochförmige Vertiefung 19 auf, in der eine als Einspritzglied dienende Düsennadel 20 entlang einer Längsachse 21 hubbeweglich geführt ist. Die Düsennadel 20 bzw. das Einspritzglied dient in üblicher Art und Weise dem Freigeben bzw. Verschließen wenigstens einer, im Injektorgehäuse 1 1 ausgebildeten Einspritzöffnung (nicht dargestellt) zum 12 is present. The valve piece 15 has a blind hole-shaped recess 19 in which a nozzle needle 20 serving as an injection member is guided in a lift-movable manner along a longitudinal axis 21. The injection needle 20 or the injection member is used in a conventional manner, the release or closing at least one, formed in the injector 1 1 injection port (not shown) for
Einspritzen des Kraftstoffs in den Brennraum der Brennkraftmaschine. In der in der Fig. 1 dargestellten Stellung der Düsennadel 20 ist diese in ihrer unteren, d.h. die wenigstens eine Einspritzöffnung verschließenden Stellung dargestellt. Die Düsennadel 20 begrenzt mit der Vertiefung 19 in dem Ventilstück 15 einen Injecting the fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. In the position of the nozzle needle 20 shown in FIG. 1, this is in its lower, i. the at least one injection opening occluding position shown. The nozzle needle 20 defines with the recess 19 in the valve piece 15 a
Steuerraum 25, der über eine Zulaufbohrung 26 aus einem Hochdruckraum 27 befüllbar und über eine Abiaufbohrung 28 in einen Niederdruckbereich des Injektorgehäuses 1 1 bzw. des Kraftstoffinjektors 100 druckentlastbar ist. Über den Druck bzw. die Menge des in dem Steuerraum 25 befindlichen Druckmittels (Kraftstoff) wird in üblicher Art und Weise die Öffnungs- bzw. Schließbewegung der Düsennadel 20 gesteuert. Hierzu ist die Abiaufbohrung 28 über einen an einer Außenfläche des Ventilstücks 15 ausgebildeten Dichtsitz 31 mittels eines als Ventilglied 32 dienenden Magnetankers 35 verschließbar bzw. freigebbar. Der als Bestandteil des Schaltventils 10 dienende Magnetanker 35 weist in einem hülsenförmigen Abschnitt 36 auf der dem Dichtsitz 31 zugewandten Seite eine konisch ausgebildete Sitzfläche 37 auf, die bei abgesenktem Magnetanker 35 mit dem Dichtsitz 31 zusammenwirkt. Darüber hinaus weist der im Querschnitt im Wesentlichen hutförmige Magnetanker 35 eine Durchgangsbohrung 38 auf, die der radialen Lagerung des Magnetankers 35 mittels eines Ankerbolzens 39 dient, um den Magnetanker 35 in Richtung der Längsachse 21 hubbeweglich zu führen. Der Ankerbolzen 39 ist radial von einer Druckfeder 41 umfasst, die mit ihrem einen Endbereich auf die Oberseite des Magnetankers 35 wirkt und mit ihrer anderen Stirnseite sich an einem Bund 42 des Ankerbolzens 39 axial abstützt, so dass der Magnetanker 35 mittels der Druckfeder 41 in Richtung desControl chamber 25 which can be filled via an inlet bore 26 from a high-pressure chamber 27 and pressure relief via a Abiaufbohrung 28 in a low-pressure region of the injector 1 1 and the fuel injector 100. About the pressure or the amount of pressure medium (fuel) located in the control chamber 25, the opening or closing movement of the nozzle needle 20 is controlled in a conventional manner. For this purpose, the drainage bore 28 can be closed or released via a sealing seat 31 formed on an outer surface of the valve piece 15 by means of a magnet armature 35 serving as a valve member 32. Serving as part of the switching valve 10 magnet armature 35 has in a sleeve-shaped portion 36 on the sealing seat 31 side facing a conical seat surface 37 which cooperates with lowered magnetic armature 35 with the sealing seat 31. In addition, the cross-section substantially hat-shaped armature 35 has a through hole 38, which serves for the radial mounting of the magnet armature 35 by means of an anchor bolt 39 to move the armature 35 in the direction of the longitudinal axis 21. The anchor bolt 39 is radially surrounded by a compression spring 41, which acts with its one end on the top of the armature 35 and axially supported with its other end face on a collar 42 of the anchor bolt 39, so that the armature 35 by means of the compression spring 41 in the direction of
Dichtsitzes 31 des Ventilstücks 15 kraftbeaufschlagt ist. Um den Magnetanker 35 entgegen der Federkraft der Druckfeder 41 bewegen zu können, wirkt dieser mit einer ebenfalls als Bestandteil des Schaltventils 10 dienenden Magnetspule 45 zusammen, deren Bestromung von einer Sealing seat 31 of the valve member 15 is subjected to force. In order to move the armature 35 against the spring force of the compression spring 41, this acts together with a likewise serving as part of the switching valve 10 magnetic coil 45, whose energization of a
Steuereinrichtung 50 beeinflussbar ist. Die Magnetspule 45 ist in einer radial um die Längsachse 21 umlaufenden Vertiefung 51 in einem Magnetkern 52 aufgenommen. Der Magnetkern 52 ist auf der dem Ventilstück 15 abgewandten Seite in Wirkverbindung mit einem Verschlussdeckel 53 angeordnet, wobei weiterhin zwischen dem Magnetkern 52 und dem Ventilstück 15 eine Control device 50 can be influenced. The magnetic coil 45 is received in a radially around the longitudinal axis 21 circumferential recess 51 in a magnetic core 52. The magnetic core 52 is arranged on the side facing away from the valve piece 15 in operative connection with a closure lid 53, wherein further between the magnetic core 52 and the valve piece 15 a
Distanzhülse 54 angeordnet ist. Mittels des Verschlussdeckels 53 wird dasDistance sleeve 54 is arranged. By means of the closure lid 53 is the
Ventilstück 15 über den Magnetkern 52 und die Distanzhülse 54 axial gegen den Absatz 17 in der Ausnehmung 12 verspannt. Valve member 15 via the magnetic core 52 and the spacer sleeve 54 axially clamped against the shoulder 17 in the recess 12.
Um bei einer Bestromung der Magnetspule 45 ein Anhaften des Magnetankers 35 an dem Magnetkern 52 zu vermeiden, ist darüber hinaus an der dem In order to avoid an adhesion of the magnet armature 35 to the magnetic core 52 during energization of the magnetic coil 45, is also on the
Magnetanker 35 zugewandten Seite des Magnetkerns 52 eine vorzugsweise aus amagnetischem Material bestehende Restluftspaltscheibe 55 als ortsfester Hubanschlag angeordnet. Darüber hinaus dient die Restluftspaltscheibe 55 zusammen mit der Distanzhülse 54 zur Einstellung des maximalen Ankerhubs des Magnetankers 35 bei einer Bestromung der Magnetspule 45 und/oder dem Magnet armature 35 facing side of the magnetic core 52 a preferably made of non-magnetic material residual air disc 55 arranged as a stationary stroke stop. In addition, the residual air gap disc 55 is used together with the spacer sleeve 54 for setting the maximum armature stroke of the magnet armature 35 during energization of the magnetic coil 45 and / or the
Toleranzausgleich bezüglich der den maximalen Ankerhub bestimmenden Bauteile. Tolerance compensation with respect to the maximum armature stroke determining components.
Der Magnetanker 35 ist in seinem dem Magnetkern 52 bzw. der Magnetspule 45 zugewandten scheibenförmigen Bereich 56 besonders ausgebildet, derart, dass der Bereich 56 eine erhöhte Deformierbarkeit bzw. Elastizität in Richtung der Längsachse 21 aufweist, um, wie nachfolgend noch näher erläutert, den maximalen Ankerhub des Magnetankers 35 einzustellen bzw. zu beeinflussen. Hierzu wird zunächst auf die Darstellung der Fig. 1 verwiesen. Der dort gezeigteThe magnet armature 35 is particularly formed in its magnetic core 52 and the magnetic coil 45 facing disc-shaped region 56, such that the region 56 has an increased deformability or elasticity in the direction of the longitudinal axis 21 to, as explained in more detail below, the maximum Armature stroke of the armature 35 to adjust or influence. For this purpose, reference is first made to the illustration of FIG. 1. The one shown there
Magnetanker 35 weist in einem radial innerhalb der Restluftspaltscheibe 55 liegenden Abschnitt des Bereichs 56 auf der dem Magnetkern 52 zugewandten Seite eine um die Längsachse 21 radial umlaufende Nut 60 als Magnetic armature 35 has, in a section of the region 56 lying radially inside the residual air gap disk 55, a groove 60 which extends radially around the longitudinal axis 21 on the side facing the magnetic core 52
Schwächungsbereich auf, in deren Bereich die Dicke bzw. Höhe des Bereichs 56 durch die Nut 60 deutlich reduziert ist. Demgegenüber weist der in der Fig. 4 gezeigte Magnetanker 35a beispielhaft, und nicht einschränkend, in seinem scheibenförmigen Bereich 56 drei, in jeweils gleich großen Winkelabständen zueinander angeordnete erste Radialschlitze 58 auf, die jeweils vom Außenumfang des Bereichs 56 ausgehen und bis nahe an die Durchgangsbohrung 38 heranreichen. Darüber hinaus weist der MagnetankerWeakening on, in the area of the thickness or height of the area 56 is significantly reduced by the groove 60. In contrast, the magnet armature 35a shown in FIG. 4 has by way of example, and not limitation, in its disk-shaped region 56 three first radial slots 58 arranged at equal angular intervals relative to each other, extending from the outer circumference of the region 56 and close to the through-hole 38 come up. In addition, the magnet armature points
35a rein beispielhaft drei weitere, ebenfalls in gleichmäßigen Winkelabständen zueinander angeordnete zweite Radialschlitze 59 auf, die ebenfalls vom 35a purely by way of example, three further, also at regular angular intervals to each other arranged second radial slots 59, which also from
Außenumfang des Bereichs 56 ausgehen, jedoch in einem größeren radialen Abstand von der Durchgangsbohrung 38 enden. Weiterhin sind die Extend the outer periphery of the area 56, but end at a greater radial distance from the through hole 38. Furthermore, the
Winkelabstände zwischen den ersten Radialschlitzen 58 und den zweitenAngular intervals between the first radial slots 58 and the second
Radialschlitzen 59 gleich groß ausgebildet, so dass sich zwischen den jeweils als Schwächungsbereiche für den Magnetanker 35a bzw. den Bereich 56 wirkenden Radialschlitzen 58, 59 beim Vorhandensein von insgesamt sechs Radialschlitzen 58, 59 jeweils ein Drehwinkelabstand von 60° zwischen den Radialschlitzen 58, 59 ergibt. Radial slots 59 of equal size, so that in each case between the radial slots 58, 59 acting in each case as weakening regions for the magnet armature 35a and the area 56 in the presence of a total of six radial slots 58, 59, a rotational angular distance of 60 ° between the radial slots 58, 59 results ,
Am Außenumfang des Bereichs 56 weist der Magnetanker 35a darüber hinaus drei, in gleichmäßigen Winkelabständen um die Durchgangsbohrung 38 zueinander angeordnete, radial nach außen ragende, in Umfangsrichtung jeweils eine relativ geringe Erstreckung aufweisende Anlageabschnitte 61 auf, die mit der Restluftspaltscheibe 55 zusammenwirken, so dass der Durchmesser D des Magnetankers 35a im Bereich der Anlageabschnitte 61 größer ausgebildet ist als der Durchmesser d in den Bereichen, in denen keine Anlageabschnitte 61 vorgesehen sind. Die Durchmesser D, d sind beispielhaft derart auf die On the outer circumference of the region 56, the magnet armature 35a moreover has three abutment portions 61 arranged at equal angular intervals around the throughbore 38 and projecting radially outwards, each having a relatively small extent in the circumferential direction, which interact with the residual air gap disk 55, so that the Diameter D of the magnet armature 35a is formed larger in the region of the abutment portions 61 than the diameter d in the areas in which no abutment portions 61 are provided. The diameters D, D are exemplified on the
Dimensionierung bzw. den Durchmesser der Restluftspaltscheibe 55 angepasst, dass die Anlageabschnitte 61 in Überdeckung mit der Restluftspaltscheibe 55 sind, während der Bereich 56 in den Bereichen, in der dieser den kleineren Durchmesser d aufweist, radial innerhalb der Restluftspaltscheibe 55 verläuft. Durch das Ausbilden der Radialschlitze 58, 59 wird die Steifigkeit des Bereichs 56 des Magnetankers 35a herabgesetzt. Hierbei kann die Reduzierung derSizing or the diameter of the residual air gap disc 55 adapted that the abutment portions 61 are in register with the residual air gap disc 55, while the area 56 in the areas in which it has the smaller diameter d, radially within the residual air gap disc 55. By forming the radial slots 58, 59, the rigidity of the portion 56 of the magnet armature 35a is reduced. Here, the reduction of
Steifigkeit über die Länge und Anordnung sowie Anzahl der Radialschlitze 58, 59 sowie die Dicke s des Bereichs 56 beeinflusst werden. Darüber hinaus nehmen die Segmente des Bereichs 56, die keine Anlageabschnitte 61 aufweisen, nicht an einer Deformation des Bereichs 56 bei Anlage an der Restluftspaltscheibe 55 bei der Bestromung der Magnetspule 45 teil. Die Fig. 5 zeigt in den perspektivischen Längsschnitt einen alternativ Stiffness over the length and arrangement and number of radial slots 58, 59 and the thickness s of the area 56 can be influenced. In addition, the segments of the region 56, which have no abutment sections 61, do not participate in a deformation of the region 56 upon contact with the residual air gap disk 55 when the magnet coil 45 is energized. Fig. 5 shows an alternative in the perspective longitudinal section
ausgestalteten Magnetanker 35b, bei dem sich die Anlageabschnitte 62 in Umfangsrichtung des Bereichs 56 betrachtet jeweils bis zu den jeweiligen Radialschlitzen 58, 59 erstrecken. Darüber hinaus ist es erkennbar, dass der Bereich 56 im Bereich der Anlageabschnitte 62 eine reduzierte Dicke s aufweist.designed armature 35b, in which the abutment portions 62 viewed in the circumferential direction of the region 56 each extend to the respective radial slots 58, 59 extend. In addition, it can be seen that the region 56 has a reduced thickness s in the region of the abutment sections 62.
Die Anlageabschnitte 62 erstrecken sich radial weiter nach außen als die flügelartigen Abschnitte (d.h. die Abschnitte ohne Anlageabschnitte 62) des Magnetankers 35b, in denen die Dicke s nicht reduziert ist. Entsprechend der Fig. 6 kann es optional vorgesehen sein, den Magnetanker 35,The abutment portions 62 extend radially outward further than the wing-like portions (i.e., the portions without abutment portions 62) of the armature 35b in which the thickness s is not reduced. According to FIG. 6, it may optionally be provided to use the armature 35,
35a, 35b an seinem radial äußeren Bereich mit einer beispielhaft zwischen 3μηι und 10μηι hohen Stufe 64 auszustatten, die bei dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 7 weist die Stufe 65 demgegenüber im Querschnitt eine keilförmige Form auf, derart, dass deren Höhe in radialer35a, 35b at its radially outer region with an example between 3μηι and 10μηι high level 64 equip that has a rectangular cross-section in the embodiment shown in FIG. In contrast, in the embodiment according to FIG. 7, the step 65 has a wedge-shaped shape in cross section, such that its height is in the radial direction
Richtung zunimmt. Direction increases.
In der Fig. 2 ist ein erster Betriebszustand dargestellt, bei der die Magnetspule 45 mittels der Steuereinrichtung 50 mit einer ersten Stromstärke h bestromt ist. Diese Stromstärke h bewirkt ein Bewegen des Magnetankers 35 in Richtung der2, a first operating state is shown, in which the magnetic coil 45 is energized by means of the control device 50 with a first current h. This current h causes the magnet armature 35 to move in the direction of
Magnetspule 45 entgegen der Federkraft der Druckfeder 41 , bis der Magnet coil 45 against the spring force of the compression spring 41 until the
Magnetanker 35 mit der dem Magnetkern 52 zugewandten Stirnseite an der Restluftspaltscheibe 55 axial anliegt. Wesentlich dabei ist, dass die erste Magnet armature 35 with the magnetic core 52 facing end side of the residual air gap disc 55 axially abuts. It is essential that the first
Stromstärke h derart gewählt ist, dass beispielsweise noch keine (elastische) Deformation des Bereichs 56 des Magnetankers 35 stattfindet. Aus der Amperage h is selected such that, for example, no (elastic) deformation of the region 56 of the magnet armature 35 takes place. From the
Bestromung der Magnetspule 45 mittels der ersten Stromstärke h ergibt sich somit ein maximaler Ankerhub hi des Magnetankers 35 zum Steuern des Abflusses von Druckmittel (Kraftstoff) aus dem Steuerraum 25. In der Fig. 3 ist demgegenüber ein Betriebszustand dargestellt, bei der die Energization of the solenoid coil 45 by means of the first current h thus results in a maximum armature stroke hi of the magnet armature 35 for controlling the outflow of pressure medium (fuel) from the control chamber 25. In FIG. 3, an operating state is shown in which the
Magnetspule 45 mittels der Steuereinrichtung 50 mit einer zweiten Stromstärke bestromt wird, wobei die Stromstärke b größer ist als die Stromstärke h. Die erhöhte Stromstärke b bewirkt, dass der Bereich 56 elastisch deformiert wird, so dass der hülsenförmige Abschnitt 36, dessen dem Dichtsitz 31 zugewandte Sitzfläche 37 für die Größe des Ankerhubs i2 wesentlich ist, stärker in Richtung des Magnetkerns 52 bzw. der Magnetspule 45 gezogen wird. Dadurch resultiert ein maximaler Ankerhub i2, der größer ist als der Ankerhub hi bei einer reduzierten Bestromung der Magnetspule 45. Magnet coil 45 is energized by the controller 50 with a second current, the current b is greater than the current h. The increased current value b causes the portion 56 to be elastically deformed, so that the sleeve-shaped portion 36 whose seating surface 37 facing the seal seat 31 is substantially larger than the armature stroke magnitude i2 is pulled more toward the magnetic core 52 and the solenoid coil 45, respectively , This results a maximum armature stroke i2, which is greater than the armature stroke hi at a reduced energization of the magnetic coil 45th
Der soweit beschriebene Kraftstoff! njektor 100 bzw. das Schaltventil 10 mit dem Magnetanker 35, 35a, 35b können in vielfältiger Art und Weise abgewandelt bzw. modifiziert werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen. Dieser besteht darin, durch eine unterschiedlich hohe Bestromung der Magnetspule 45 in Verbindung mit einem bereichsweise elastisch deformierbaren Magnetanker 35, 35a, 35b unterschiedliche Ankerhübe hi, i2 einstellen zu können, um damit den Abfluss von Druckmittel aus dem Steuerraum 25 betriebsabhängig einzustellen. The fuel described so far! Njektor 100 and the switching valve 10 with the armature 35, 35a, 35b can be modified or modified in many ways, without departing from the spirit. This consists in being able to set different armature strokes hi, i2 by a different high current supply to the magnet coil 45 in conjunction with a partially elastically deformable armature 35, 35a, 35b, in order to adjust the outflow of pressure medium from the control chamber 25 in an operationally dependent manner.
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